Решение задач по молекулярной биологии
Для успешного решения задач по молекулярной биологии учащиеся должны знать следующий материал:
Один шаг это полный виток спирали ДНК–поворот на 360o
Один шаг составляют 10 пар нуклеотидов
Длина одного шага – 3,4 нм
Расстояние между двумя нуклеотидами – 0,34 нм
В молекуле ДНК: Правило Чаргаффа: (А +Т)+(Г+Ц)=100% или А+Г=Т+Ц
Комплементарность нуклеотидов: А=Т(Цепи ДНК удерживаются водородными связями, которые образуются между комплементарными азотистыми основаниями: аденин с тимином соединяются 2 водородными связями, а гуанин с цитозином тремя)
Рассмотрим некоторые типы решения задач по молекулярной биологии
Первый тип задач - задачи на установление последовательности нуклеотидов в ДНК, иРНК, антикодонов тРНК
Задание 1. Участок одной цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т. Запишите последовательность нуклеотидов второй цепи ДНК.
Дано: ДНК: А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т
Решение: ( нуклеотиды второй цепи ДНК подбираем по принципу комплементарности
А-Т, Г-Ц)
ДНК I цепь: А-Г-Т-Ц-Т-А-А-Ц-Т-Г-А-Г-Ц-А-Т
II цепь: Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-А-Ц-Т-Ц-Г-Т-А
Ответ : вторая цепь ДНК имеет последовательность нуклеотидов Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-А-Ц-Т-Ц-Г-Т-А
Задание 2. Участок цепи молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: Ц-Т-А-А-Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т-Г-А-Г. Запишите последовательность нуклеотидов иРНК.
Дано: ДНК Ц-Т-А-А- Ц-Ц-А-Т-А-Г-Т-Т- Г- А- Г
Решение: ( нуклеотиды иРНК подбираем по принципу комплементарности к ДНК : А-У, Г-Ц)
ДНК: Ц Т А А Ц Ц А Т А Г Т Т Г А Г
РНК : Г А У У Г Г У А У Ц А А Ц У Ц;
Ответ : иРНК имеет последовательность нуклеотидов Г-А-У-У-Г- Г-У-А-У-Ц-А-А-Ц-У-Ц
Задание 3. Определите последовательность нуклеотидов иРНК, антикодоны молекул тРНК , если фрагмент ДНК имеет последовательность нуклеотидов Г-Ц-Ц-Т-А-Ц-Т-А-А-Г-Т-Ц
Дано: ДНК Г-Ц-Ц-Т-А-Ц-Т-А-А-Г-Т-Ц
Решение: (нуклеотиды подбираем по принципу комплементарности А-У, Г-Ц под ДНК сначала строим иРНК, затем тРНК)
ДНК Г Ц Ц Т А Ц Т А А Г Т Ц
иРНК Ц Г Г А У Г А У У Ц А Г
тРНК Г Ц Ц У А Ц У А А Г У Ц
Ответ : иРНК имеет последовательность нуклеотидов Ц Г Г А У Г А У У Ц А Г антикодоны тРНК Г Ц Ц У А Ц У А А Г У Ц
Второй тип задач - на вычисление количества нуклеотидов, их процентное соотношение в цепи ДНК, иРНК
Задание 1. В одной молекуле ДНК нуклеотидов с тимином Т -22% . Определите процентное содержание нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в этой молекуле ДНК.Дано: Т -22%
Найти: % А, Г, Ц
Решение
1: согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%. Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%. 22+22=44% ( А+Т) 100- 44 =56% (Г+Ц) Так как гуанин комплементарен цитозину, то их количество тоже равно, поэтому 56 : 2 =28% (Г, Ц)
2: согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100% или А+Г и Т+Ц по 50 % Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%. следовательно 50 - 22=28% (Г, Ц, т.к. они комплементарны)
Ответ : А=22%, Г=28%, Ц=28%
Задание 2. Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Г, во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 1500 нуклеотидов Ц, что составляет 30% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?
Дано: Ц- 30% =1500 нуклеотидов
Найти: количество нуклеотидов А, Т, Г
Решение: Так как Ц комплементарен Г и их количество равно, то Г =30%, что составляет 1500 нуклеотидов. согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100% А+Г и Т+Ц по 50 % следовательно 50-30=20% (А, Т). Составим пропорцию 30% - 1500 20% - ? 20х1500 : 30 =1000 нуклеотидов (А, Т)
Ответ: во фрагменте молекулы ДНК содержится: Г=1500 нуклеотидов, А=1000 нуклеотидов, Т=1000 нуклеотидов.
Задание 3. Участок молекулы ДНК ( одна цепочка) содержит: 150 нуклеотидов – А, 50 нуклеотидов – Т, 300 нуклеотидов – Ц, 100 нуклеотидов - Г. Определите : количество нуклеотидов во второй цепи с А, Т, Г, Ц и общее количество нуклеотидов с А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
Дано: нуклеотидов в 1-й цепи ДНК: А-150, Т-50, Ц-300, Г-100.
Найти: А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
Решение: А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны, поэтому во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100 Всего нуклеотидов: А(150+50)+Т(50+150)+Г(300+100)+Ц(100+300)=1200
Ответ: нуклеотидов во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100; 1200 нуклеотидов в двух цепях.
Третий тип задач на вычисление количества водородных связей
Задание 1. Две цепи ДНК удерживаются водородными связями. Определите число водородных связей в этой цепи ДНК, если известно, что нуклеотидов с аденином 12, с гуанином 20.Дано: А-12, Г-20
Найти: водородных связей в ДНК
Решение: А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны Между А и Т двойная водородная связь, поэтому 12х2=24 связи Между Г и Ц тройная водородная связь, поэтому 20х3=60 связей 24+60=84 водородных связей всего
Ответ: 84 водородных связей.
Четвертый тип задач определение длины, ДНК, иРНК
Задание 1.Участок молекулы ДНК состоит из 60 пар нуклеотидов. Определите длину этого участка (расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0, 34 нм)Дано: 60 пар нуклеотидов
Найти: длину участка
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм 60х0,34= 20,4 нм
Ответ: 20,4 нм ;
Задание 2. Длина участка молекулы ДНК составляет 510нм. Определите число пар нуклеотидов в этом участке.
Дано: длина участка ДНК 510нм
Найти: Определите число пар нуклеотидов
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм 510:0,34= 1500 нуклеотидов
Ответ: 1500 нуклеотидов;
Задание 3.Число нуклеотидов в цепи ДНК равно 100. Определите длину этого участка Число нуклеотидов в цепи ДНК равно 100. Определите длину этого участка
Дано: 100 нуклеотидов
Найти: длину участка
Решение: длина нуклеотида 0, 34 нм , ДНК состоит из 2-х цепей значит 50 пар нуклеотидов. 50х0,34=17нм
Ответ: 17нм;